DE3901254A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufspannen instabiler teile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufspannen flächiger instabiler Teile zur anschließenden spanabhebenden Bearbeitung, wobei das zu bearbeitende Werk­ stück in zentrierter, horizontal ausgerichteter Lage radial und gegen die Auflage der Aufspannvorrichtung axial festge­ legt wird.

Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Einspannen instabiler Teile bei spanabhebender Planbearbeitung bekannt, bei denen das zu bearbeitende Werkstück zentriert, radial fixiert und gegen die Auflage der Aufspannvorrichtung axial festgelegt wird. Bei diesen allgemein bekannten Verfahren erfolgt die axiale Festlegung durch großflächig wirkende Vakuumsaug- oder magnetische Vorrichtungen. Die dabei auftretenden Zugkräfte sind indessen so groß, daß sie die Biegefestigkeit der insta­ bilen Teile übersteigen können. Ist die Fläche der Werkstück­ unterseite uneben, wird das Werkstück beim Anziehen gegen die topographisch nicht damit übereinstimmende Auflagefläche der Aufspannvorrichtung elastisch verformt. Wird nach erfolgter Planbearbeitung der Oberseite des elastisch verformten Werk­ stückes die Zugkraft weggenommen, entspannt sich das Werk­ stück und nimmt im wesentlichen seine Form wieder an, welche es vor der elastischen Verformung hatte. Das hat zur Folge, daß die vorher geplante Fläche wieder uneben ist. Dieser Vorgang wiederholt sich bei den anschließenden Bearbeitungsstufen in ähnlicher Weise, so daß zur Planbearbeitung beide Werkstück­ seiten mehrfach bearbeitet werden müssen.

Demzufolge liegt die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs umris­ senen Art anzugeben, mit welcher eine axiale Fixierung insta­ biler flächiger Werkstücke ohne deren elastische Verformung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren dadurch gelöst, daß das Werkstück nach seiner radialen Zentrierung auf der der zu bearbeitenden Fläche abgewandten Fläche an einer Vielzahl von Stellen kleinstflächig bzw. punktförmig abge­ stützt wird und daß in dieser axial abgestützten Lage des Werk­ stücks an mindestens einem kleinflächigen Abschnitt der Fläche eine Zugkraft in Richtung auf die Aufspannvorrichtung aufge­ bracht wird, die das Werkstück gegen die Abstützungen zieht und axial festlegt.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens zeichnet sich dadurch aus, daß eine Aufspannvorrichtung eine Vielzahl axial bewegbarer Bolzen und kleinflächig wirkender Einrichtungen zur Aufbringung von Zugkraft auf die der zu be­ arbeitenden Fläche des Werkstücks abgewandten Fläche auf­ weist, von denen während der Bearbeitung des Werkstücks die jeweils von diesem abgedeckte(n) Bolzen vollzählig zur Ab­ stützung an die Fläche angelegt und in dieser formschlüssigen Lage fixiert sind und mindestens eine Zugeinrichtung zur axialen Fixierung des Werkstücks mit diesem in Eingriff steht.

Zweckmäßige weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Vor­ schlages ergeben sich aus den Ansprüchen 2, 3 und 5 bis 12.

Die kleinstflächige Abstützung an mehreren Stellen paßt sich auch an die Unebenheiten der Werkstückunterseite so an, daß das Werkstück in seiner gegebenen Form stabil abgestützt ist. Außer­ dem wird durch die kleinflächig wirkenden Zugkräfte insgesamt keine so große Zugkraft auf das Werkstück aufgebracht, daß die Biegefestigkeit des Werkstückes überschritten und das Werk­ stück verformt würde.

Darüber hinaus wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. ihrer Vorrichtung die Planbearbeitung flächiger instabiler Werkstücke in nur zwei Aufspannungen bei minimalem Abspanvolumen ermöglicht. Durch die Mechanisierung aller Spannfunktionen ist ein schnelles und wenig aufwendiges Arbeiten ebenso wie ein­ faches Umrüsten möglich. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind alle Hilfskräfte bzw. - zuführungen im Zentralschaft der Aufspannvorrichtung untergebracht, so daß sich eine kompakte Bauweise ergibt, die zudem ohne Zuhilfenahme technisch aufwendiger Mittel ermöglicht wird. Schließlich ist die Bearbeitung sowohl runder, ovaler als auch polygonaler flächiger Werkstücke möglich.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Erläu­ terung der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnung.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seiten-Schnittansicht einer Aufspannvorrich­ tung entsprechend der Linie B-B in Fig. 2,

Fig. 2 eine Draufsicht gemäß Richtung X in Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht gemäß der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Zentralschafts der Auf­ spannvorrichtung in teilweise geschnittener Form.

Wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, werden zum Aufspannen eines flächigen, instabilen Werkstücks 2 auf einer Aufspannvor­ richtung 1 an den drei der Außenkante des Werkstücks 2 nächstliegenden Vakuumeinrichtungen 4 die kurzen Bolzen 10 herausgedreht und durch lange Bolzen 7 ersetzt, so daß ihre balligen Kuppen 9 horizontal in einer Ebene liegen. Hat das Werkstück 2 eine Zentralbohrung oder -ausnehmung, wird eine mit einem Führungsbolzen einstückige Zentrierscheibe 35, die im Durchmesser der Bohrung oder Ausnehmung angepaßt ist, auf­ gesetzt. Das Werkstück 2 wird aufgelegt und ist durch die drei balligen Schraubenkuppen 9 stabil in horizontaler Lage abge­ stützt sowie durch die Zentrierscheibe 35 zentriert und ra­ dial fixiert. Fehlt eine Zentralbohrung oder -ausnehmung, wird das Werkstück 2 durch nicht dargestellte Bolzen in einem Spannfutter seitlich eingespannt und dabei zentriert und ra­ dial fixiert. Alle durch das Werkstück nicht abgedeckten axial beweglichen Bolzen 14 werden mit Verschlußdeckeln 15 abgedeckt. Durch Aktivierung eines Druckluftsystems baut sich in Druck­ luftkammern 33 ein Druck auf, der die nicht abgedeckten axial beweglichen Bolzen 13 an die der zu bearbeitenden Werkstück­ fläche abgewandten Fläche 3 anlegt, ohne einen Druck auf das Werkstück 2 auszuüben, durch den es aus seiner Lage bewegt oder verformt würde.

Danach wird das System evakuiert, damit die durch das Ein­ schrauben der drei langen Bolzen 7 aktivierten Vakuumeinrich­ tungen 4 das Werkstück 2 anziehen und axial fixieren. Die Aktivierung der Vakuumeinrichtung 4 wird dadurch bewirkt, daß beim Lösen des kurzen Bolzens 10 ein Zylinder 11 freigegeben wird und nach oben rückt, so daß ein zwischen Zylinder 11 und Sockel 34 befindlicher Vakuumkanal 12 nicht mehr vom Schaft des Saugnapfes 6 verschlossen ist. Weiterhin wird durch das Lösen des kurzen Bolzens 10 das vorher zusammengepreßte ela­ stische Material des Saugnapfes 6 entspannt, so daß sich ein Vakuumkanal 12 zwischen dem Bolzen 7 und der inneren Schaft­ wandung des Saugnapfes 6 bilden kann. Die zum Werkstück 2 ge­ richteten Kanalöffnungen werden durch den langen Bolzen 7 eben­ falls freigelassen.

Danach werden die Bolzen 13 durch Klemmbuchsen 17 festgesetzt, die hydraulisch angepreßt werden. Das wird dadurch bewirkt, daß der mechanische Druck, der über die Druckluftkanalwandung 29 auf einen Hydraulikkolben 23 zum Zusammendrücken eines Feder­ pakets 24 wirkt, soweit reduziert wird, daß sich das Feder­ paket 24 ausdehnen kann, aber ohne daß eine Pinole 28 von einem Konus 30 gelöst wird. Das sich ausdehnende Federpaket 24 drückt den Hydraulikkolben 23 in eine Hydraulikhauptkam­ mer 19 und spannt Hydraulikflüssigkeit 20 auf beispielsweise 45 bar, die über einen Hydraulikkanal 21 und Hydraulikring­ kammern 18 das Anpressen der Klemmbuchsen 17 und damit das Festlegen der Bolzen 13 bewirkt. Der Hydraulikdruck kann über eine Schraube 26, die sich gegen eine Anschlagscheibe 27 abstützt, dadurch geregelt werden, daß ein mit einem Innen­ gewinde versehener Federteller 25 entsprechend eingestellt wird. Danach wird die Druckluft abgesperrt und die Pinole 28 vom Konus 30 gelöst. An beiden Elementen installierte Magnet­ ventile (nicht dargestellt) verschließen beim Lösen den Druck­ luftkanal 31 so, daß keine Luft in eine Vakuumkammer 32 ent­ weicht.

Das Werkstück 2 ist aufgespannt, d.h. es ist zentriert und sowohl radial als auch axial fixiert. Die Vakuumeinrichtungen 4 wirken dabei nur auf relativ kleine Abschnitte der Fläche 3 entsprechend der Größe des Kopfes der Saugnäpfe 6, die außer­ dem in der Flächenmitte durch die Kuppen 9 der balligen Schraubenköpfe der langen Bolzen 7 punktförmig abgestützt wer­ den, so daß das Werkstück 2 nicht verformt wird. Auch die übri­ gen Abschnitte der Fläche 3 werden durch die formschlüssig an­ gelegten Bolzen 13 axial so engmaschig punktförmig abgestützt, daß weder durch die Ansaugung noch durch den in Richtung der Aufspannvorrichtung 1 wirkenden Druck des Bearbeitungswerkzeu­ ges eine Biegung des Werkstücks 2 erfolgt. Die engmaschige punktförmige Abstützung paßt sich dabei auch an Unebenheiten der Fläche 3 formschlüssig an. Auf diese Weise wird sicher­ gestellt, daß die bearbeitete Fläche eben wird und auch nach Lösen der Aufspannung eben bleibt.

Zur Bearbeitung kann die Aufspannvorrichtung 1 rotieren und die hydraulische Festlegung der Klemmbuchsen 17 sowie die Va­ kuumansaugung des Werkstücks 2 bleiben bei der Rotation aktiv.

Zum Lösen der Aufspannung wird zunächst das Vakuum durch Be­ lüftung des Systems aufgehoben und das Werkstück 2 abgenommen. Danach wird das Hydrauliksystem durch Aufbringen mechanischen Drucks über die Druckluftkanalwandung 29 und die Hydraulik­ kolben 23 auf das Federpaket 24 entspannt. Die Bolzen 13 sin­ ken nach unten, und die Aufspannvorrichtung 1 ist für eine neue Aufspannung bereit.

Das Werkstück 2 wird mit der bearbeiteten Fläche auf die Auf­ spannvorrichtung gelegt, und alle vorbeschriebenen Tätigkei­ ten werden zur Aufspannung und Bearbeitung der zweiten Werk­ stückfläche wiederholt. Auf diese Weise wird die beidseitige Planbearbeitung instabiler flächiger Teile in nur zwei Auf­ spannschritten ermöglicht. Durch die Vermeidung elastischer Verformung des Werkstücks 2 wird dabei auch das Abspanvolumen minimiert.

Schrauben 39 fixieren Hülsen 41, in denen die Zylinder 11 gleiten. Schrauben 40 dienen dem Zusammenhalten des oberen und unteren Teils der Aufspannvorrichtung 1, während mittels Schrauben 38 die Aufspannvorrichtung 1 auf einem Träger 42 befestigt wird. Ein Pfeil 37 zeigt die Wirkungsrichtung der mechanischen Kraft an, mit der über die Druckluftkanalwandung 29 und den Hydraulikkolben 23 das Federpaket 24 zusammenge­ drückt wird.

In Fig. 2 ist Lage und Ausbildung der Saugnäpfe 5, 6 und ihrer zentralen Bolzen 7, 10 der axial beweglichen Bolzen 13, 14, der Zentrierplatte 35 und der Schrauben 38 an der Oberfläche der Aufspannvorrichtung 1 dargestellt.

In Fig. 3 ist die Lage und der Verlauf der Vakuumkanäle 12, der Hydraulikkanäle 21 und der Druckluftkanäle 31 in der Fläche entsprechend Schnitt A-A zu erkennen. Außerdem sind die axial beweglichen Bolzen 13, 14 und die Schrauben 39, 40, 43 dargestellt.

In Fig. 4 sind der Druckluft- und Vakuumanschluß am Zentral­ schaft der Aufspannvorrichtung 1 gezeigt.

Die Aufspannung eines Werkstücks wurde für eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. nach einer bevorzugten Verfahrensart beschrieben. Andere Ausgestaltungen, z.B. axiales Fixieren durch magnetische Zugeinrichtungen 4, durch weniger oder mehr als drei Zugeinrichtungen 4 oder das Festlegen der axial beweglichen Bolzen 13 durch andere als hydraulische Vorrichtungen werden ebenfalls durch die Erfin­ dung abgedeckt.

Claims (12)

1. Verfahren zum Aufspannen flächiger instabiler Teile zur anschließenden spanabhebenden Bearbeitung, bei dem das zu bearbeitende Werkstück in zentrierter, horizontal ausge­ richteter Lage radial und gegen die Auflage der Aufspannvor­ richtung axial festgelegt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Werkstück nach seiner radialen Zen­ trierung auf der der zu bearbeitenden Fläche abgewandten Flä­ che an einer Vielzahl von Stellen kleinstflächig bzw. punkt­ förmig abgestützt wird und daß in dieser axial abgestützten Lage des Werkstücks an mindestens einem kleinflächigen Ab­ schnitt der Fläche eine Zugkraft in Richtung auf die Aufspann­ vorrichtung aufgebracht wird, die das Werkstück gegen die Ab­ stützungen zieht und axial festlegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstützen an mindestens drei Stellen erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkraft an Abschnitten in der Nähe peripherer Abstützstellen aufgebracht wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufspannvorrichtung (1) eine Vielzahl axial beweg­ barer Bolzen (13, 14) und kleinflächig wirkender Einrichtungen (4) zur Aufbringung von Zugkraft auf die der zu bearbeiten­ den Fläche des Werkstücks (2) abgewandten Fläche (3) auf­ weist, von denen während der Bearbeitung des Werkstücks die jeweils von diesem abgedeckte(n)

• - Bolzen (13) vollzählig zur Abstützung an die Fläche (3) angelegt und in dieser formschlüssigen Lage fixiert sind,
• - mindestens eine Zugeinrichtung (4) zur axialen Fixierung des Werkstücks (2) mit diesem in Eingriff steht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pneumatik-Einrichtung (31, 33) zum axialen Bewegen der Bolzen (13, 14) bis zur Anlage an die Fläche (3) des Werk­ stücks (2) eine Hydraulik-Einrichtung (16) für das Fixieren der am Werkstück (2) anliegenden Bolzen (13) und eine Vakuum­ einrichtung (4) mit kleinflächigen Saugnäpfen (5, 6) für das axiale Festlegen des Werkstücks (2) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hydraulik-Einrichtung (16) und die Vakuum­ einrichtung (4) bei Rotation der Aufspannvorrichtung (1) während der Bearbeitung des Werkstücks wirksam bleiben.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bolzen (14), die nicht vom Werk­ stück (2) abgedeckt sind, Verschlußdeckel (15) zum Blockieren ihrer Bewegung in Richtung zum Werkstück vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte der Saugnäpfe (5, 6) Bolzen (7, 10) vorgesehen sind, von denen die kurzen Bolzen (10) die Saugnäpfe (5) nach unten und zusammendrücken, so daß diese Vakuumkanäle (12) verschließen, und von denen die lan­ gen Bolzen (7) die Saugnäpfe (6) entspannt und die Vakuumka­ näle (12) offen lassen und mit ihren balligen Schraubenköpfen (9) eine punktförmige Auflage für das Werkstück (2) sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulik-Einrichtung (16) Klemmbuchsen (17), diese umschließende Ringkammern (18), ei­ ne Hydraulikhauptkammer (19), Ring- und Hauptkammern ver­ bindende Hydraulikkanäle (21) und eine Vorrichtung (22) zum Spannen und Entspannen der Hydraulik-Einrichtung (16) auf­ weist, daß diese Vorrichtung (22) einen Hydraulikkolben (23), ein Federpaket (24), einen Federteller (25) und eine Schraube (26) umfaßt, über die der Federteller (25) an einer Anschlag­ scheibe (27) abgestützt und der Kammerdruck eingestellt wird, wobei die Hydraulik-Vorrichtung mittels mechanischer Kraft, die über eine Pinole (28) und Druckluftkanalwandung (29) auf den Hydraulikkolben (23) aufgebracht wird und das Federpaket (24) zusammendrückt, entspannt und umgekehrt gespannt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der hydraulische Druck mindestens 25 bar, vor­ zugsweise etwa 45 bar beträgt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckluftkanal (31) mittels Konus (30) und Pinole (28) trennbar ist, wobei der Druckluft­ kanal (31) bei Trennung durch als solche bekannte Magnetven­ tile gegen eine Vakuumkammer (32) verschlossen wird.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Aufspannvorrichtung (1) eine wechselbare Zentrierscheibe (35) einstückig mit Führungsbolzen sowie Bolzen zum radialen Festlegen von Werkstücken ohne Zentralbohrung oder -ausnehmung vorgesehen sind.